檢查鉆孔在余吾礦風井中的應(yīng)用研究

高鵬飛

(山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司地質(zhì)勘查大隊，山西 長子 046204)

余吾煤業(yè)有限責任公司為山西潞安集團公司下屬的一個特大型現(xiàn)代化煤炭生產(chǎn)企業(yè)，礦井現(xiàn)核定生產(chǎn)能力750萬t/a。余吾井田共劃分為8個采區(qū)，分別為北一、北二、北三采區(qū)與南一、南二、南三、南五、南六采區(qū)。礦井采用分區(qū)式通風系統(tǒng)，現(xiàn)有南風井由于后期風路長，負壓過大，不能滿足南五、南六采區(qū)通風要求，為此余吾煤業(yè)公司委托北京華宇工程有限公司編制了《山西潞安集團余吾煤業(yè)有限責任公司余欣風井工程方案設(shè)計》，擬在井田西南部屯留縣楊家灣村以北新建余欣風井場地，布置一對進、回風立井和一些相應(yīng)的建、構(gòu)筑物服務(wù)南五、南六采區(qū)。為了滿足井筒設(shè)計，合理制定施工方案，為工程建設(shè)提供可靠的地質(zhì)資料，需布設(shè)井筒檢查鉆孔。鉆孔目的包括以下幾點[1-3]：

（1）查明井筒穿過地層、構(gòu)造發(fā)育情況；

（2）查明井筒穿過巖（土）層的巖性、厚度、物理力學(xué)性質(zhì)、埋藏條件和風化帶、裂隙的深度及特征。

（3）查明井筒穿過地層的水文地質(zhì)條件，包括含水層數(shù)量、含水層的埋藏條件、靜水位與水頭壓力、涌水量、滲透系數(shù)、水質(zhì)、水溫、含水層之間及與地表水的水力聯(lián)系、地下水流向與流速。

（4）查明井筒穿過煤層的賦存情況、煤質(zhì)特征、煤層瓦斯賦存情況及其他有害氣體等。

（5）查明井筒穿過地層的地溫變化情況。

1 鉆孔概況

按照井筒檢查鉆孔的布置原則，在進、回風立井井筒范圍以外，各布置一個檢查鉆孔。經(jīng)實地踏勘，結(jié)合場地地形，進風立井檢查鉆孔布置在進風立井井筒的東北方向，距進風井井筒中心21.09m處，回風立井檢查鉆孔布置在回風立井井筒的東北方向，距回風井井筒中心23.19m處。檢查鉆孔具體情況如表1所示。

表1 鉆孔參數(shù)表

2 鉆孔施工工藝

檢查鉆孔施工工藝主要包括以下步驟：

（1）使用TXJ-1600鉆機Ф108mm開孔鉆進，采用孔底局部反循環(huán)鉆進法采取土樣（預(yù)計孔深85.00m），見基巖后，換Ф94mm鉆具取芯鉆進至終孔孔深738.00m（期間采取煤巖樣、瓦斯樣）后進行物理測井。

（2）用木塞在風化基巖底部的第一層隔水層中架橋，用粘土、水泥隔離下部含水層，然后用Ф216mm鉆頭擴孔至風化基巖底部的隔水層中（不得破壞止水隔離橋），下入Ф168mm濾水管，經(jīng)充分洗井后，進行第四系+基巖風化帶抽水試驗，抽水試驗完畢后，進行擴散法測井，同時進行地下水流向流速測定。

（3）抽水結(jié)束之后起拔Ф168mm套管，車載鉆用Ф450mm鉆頭擴孔至風化基巖底部的隔水層中，下入Ф377mm井壁管，管壁與井壁間隙用水泥進行封閉止水。

（4）止水檢驗合格后，換用Ф311mm鉆頭擴孔至下石盒子組最頂部隔水層中（預(yù)計595m），再換用Ф170mm鉆頭擴至終孔（預(yù)計進738m），下入Ф273mm+Ф146mm井壁管，管壁與井壁間隙進行封閉止水。

（5）止水檢驗合格后，經(jīng)充分洗井，進行下部下石盒子組+山西組+太原組地層抽水試驗、流量測井、擴散測井。

（6）起拔Ф273mm+Ф146mm套管。

（7）清除孔底巖粉后，用水泥砂漿封閉下石盒子組+山西組+太原組地層。

（8）經(jīng)充分洗井后，進行上石盒子組地層抽水試驗、流量測井、擴散測井。

（9）經(jīng)驗收無遺留問題后用水泥砂漿進行全孔封閉。

3 檢查鉆孔勘察結(jié)果分析

在檢查鉆孔施工完畢后，由于兩鉆孔之間距離較大，因此勘查結(jié)果具有著一定的差異。

3.1 進風井檢查鉆孔勘查結(jié)果

（1）地層

進風井檢查鉆孔施工后，揭露地層自上向下主要包括第四系（Q）、二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）、二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）。各地層特征如下：

第四系（Q）：平均厚度45m左右，巖性為棕黃色含砂粘土與砂層互層、淺黃色含鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土，淡棕紅色含砂粘土與淡黃色粉砂質(zhì)粘土，灰黃色砂質(zhì)粘土與灰色含砂粘土。

二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）：平均厚度190m左右，主要由紫紅色泥巖與黃綠色、磚紅色砂巖組成，頂部夾有1～2層不穩(wěn)定淡水灰?guī)r，底部為灰白色、含礫粗砂巖（K14）。

石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）：平均厚度105m左右，巖性主要由4～5層石灰?guī)r及灰色砂巖、灰黑色泥巖、粉砂巖和煤層組成，含煤層7～15層，其中有4層局部或大部可采煤層。本組屬典型的海陸交互相沉積，旋回結(jié)構(gòu)明顯。

二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）：平均厚度60m左右，巖性主要為灰色中細粒砂巖，灰色、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層組成，含1～4層煤，其中3號煤層為主要可采煤層。

二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）：平均厚度70m左右，下部為灰色細粒砂巖夾粉砂巖；上部為灰色、灰綠色中粒砂巖、細粒砂巖及灰色砂質(zhì)泥巖；底部為一層灰色、灰白色厚層狀中、細粒砂巖（K8），夾泥質(zhì)包體富含菱鐵質(zhì)結(jié)核；頂部為綠灰、灰白色夾紫紅色含鋁泥巖（桃花泥巖），以富含菱鐵質(zhì)鮞粒為特征，層位穩(wěn)定，是良好的標志層。

二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）：平均厚度500m左右，巖性為砂巖和雜色泥巖，依巖性組合可分三段。下段：平均厚度212m左右，為灰綠、灰色、黃綠色局部夾紫紅色斑塊的泥巖與灰綠、灰白色砂巖互層。局部泥巖中含菱鐵質(zhì)鮞粒。中上部夾鐵質(zhì)砂巖及錳鐵質(zhì)結(jié)核。底部為淺灰色、灰白色含細礫中粗粒長石石英雜砂巖（K10）。中段：平均厚度105m左右，為黃色、灰綠色局部夾紫紅色的泥巖及粉砂巖互層，夾巨厚層狀黃綠色、灰白色含礫砂巖，底部為灰白色含礫粗砂巖（K11）。上段：平均厚度186m左右，為紫紅色、灰綠色泥巖與灰黃、灰白色砂巖互層，頂部泥巖中夾透鏡狀～似層狀黑色硅質(zhì)巖或褐黃色、紫紅色燧石條帶。

（2）構(gòu)造

檢查鉆孔內(nèi)，風井處于坪村向斜的東翼、余吾背斜的西翼，構(gòu)造比較簡單。

（3）煤層

在井筒檢查孔深度范圍內(nèi)，揭露到太原組7號煤層，其中僅3號煤層為可采煤層。

（4）含水層

檢查鉆孔揭露含水層從新到舊主要包括第四系及基巖風化帶含水層、二疊系下石盒子組底部K8砂巖含水層、二疊系下石盒子組中部砂巖含水層、二疊系上石盒子組底部K10砂巖含水層、二疊系下統(tǒng)山西組K7砂巖含水層、二疊系下統(tǒng)山西組3號煤層頂板砂巖含水層、石炭系上統(tǒng)太原組K5石灰?guī)r含水層。含水層特征如下：

第四系及基巖風化帶含水層：厚30～40m 左右，由砂層、破碎的泥巖、砂巖組成。富水性差異較大，鉆孔單位涌水量為0.046～0.086L/s·m，水質(zhì)類型HCO3-Ca型，為富水性弱的裂隙含水層。

二疊系下石盒子組底部K8砂巖含水層：層厚0.50～10.60m，平均4.70m。位于下石盒子組底部，下距3號煤層平均37.95m。巖性一般為中、粗粒砂巖，局部為細粒砂巖，厚度變化較大。單位涌水量0.000024L/s·m，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系下石盒子組中部砂巖含水層：層厚3.00～13.40m左右，平均6.32m，巖性以中細粒砂巖為主，局部變相為砂質(zhì)泥巖。裂隙發(fā)育不良，鉆孔過程中沖洗液消耗量一般不大，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系上石盒子組底部K10砂巖含水層：層厚1.65～15.40m，平均5.06m。下距3號煤層平均99.29m。全區(qū)普遍發(fā)育，巖性一般為中、粗粒砂巖，裂隙較發(fā)育。水動態(tài)比較穩(wěn)定，為富水性中等的砂巖裂隙含水層。

二疊系下統(tǒng)山西組K7砂巖含水層：層厚0.85～6.33m，平均3.17m。位于山西組底部，上距3號煤層2.85～20.00m，平均12.21m，巖性一般為細、中粒砂巖，局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或粉砂巖。裂隙不發(fā)育，鉆孔單位涌水量0.0108L/s·m，滲透系數(shù)0.097m/d，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系下統(tǒng)山西組3號煤層頂板砂巖含水層：層厚0.85～13.20m，平均7.00m。位于3號煤層頂板以上，下距3號煤層平均6.09m，是3號煤層頂板直接充水含水層。巖性為中、細粒砂巖，局部垂直裂隙發(fā)育。

石炭系上統(tǒng)太原組K5石灰?guī)r含水層：層厚2.25～3.10m，平均2.68m。覆于7號煤層之上，上距3號煤層平均32.30m。

（5）瓦斯及地溫

檢查鉆孔內(nèi)3號煤層瓦斯含量為5.45～14.34m3/t，相對瓦斯涌出量0.46～4.81m3/min，瓦斯壓力0.33～0.87MPa。恒溫帶深度為60m，溫度為12.0℃，地溫梯度為1.27℃/100m，為地溫正常區(qū)。

3.2 回風井檢查鉆孔勘察結(jié)果

（1）地層

進風井檢查鉆孔施工后，揭露地層自上向下主要包括第四系（Q）、二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）、二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）、二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）。各地層特征如下：

第四系（Q）：平均厚度為51m左右，巖性為棕黃色含砂粘土與砂層互層、淺黃色含鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土，淡棕紅色含砂粘土與淡黃色粉砂質(zhì)粘土。

二疊系上統(tǒng)石千峰組（P2sh）：平均厚度約為174m，主要由紫紅色泥巖與黃綠色、磚紅色砂巖組成，頂部夾有2～3層不穩(wěn)定淡水灰?guī)r，底部為灰白色、含礫粗砂巖（K14）。

二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）：平均厚度約為58m，巖性主要為灰色中細粒砂巖，灰色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層組成，含1～4層煤，其中3號煤層為主要可采煤層。

二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）：平均厚度約為488m，巖性為砂巖和雜色泥巖，依巖性組合可分三段。下段：平均厚度202m左右，為灰綠、灰色、黃綠色局部夾紫紅色斑塊的泥巖與灰白色砂巖互層，中上部夾鐵質(zhì)砂巖及錳鐵質(zhì)結(jié)核，底部為淺灰色、灰白色含細礫中粗粒長石石英雜砂巖（K10）。中段：平均厚度125m左右，為黃色、灰綠色局部夾紫紅色的泥巖及粉砂巖互層，夾巨厚層狀黃綠色、灰白色含礫砂巖，底部為灰白色含礫粗砂巖（K11）。上段：平均厚度161m左右，為紫紅色、灰綠色泥巖與灰黃、灰白色砂巖互層，頂部泥巖中夾透鏡狀～似層狀黑色硅質(zhì)巖或褐黃色、紫紅色燧石條帶。

（2）構(gòu)造

檢查鉆孔內(nèi)表明回風井主要位于余吾背斜的西翼，整體構(gòu)造較為簡單。

（3）煤層

在井筒檢查孔深度范圍內(nèi)，揭露到太原組7號煤層，其中僅3號煤層為可采煤層。

（4）含水層

檢查鉆孔揭露含水層從新到舊主要包括第四系及基巖風化帶含水層、二疊系下石盒子組底部K8砂巖含水層、二疊系下石盒子組中部砂巖含水層、二疊系上石盒子組底部K10砂巖含水層、二疊系下統(tǒng)山西組K7砂巖含水層、二疊系下統(tǒng)山西組3號煤層頂板砂巖含水層。含水層特征如下：

第四系及基巖風化帶含水層：厚35～50m 左右，由破碎的泥巖、砂巖組成，富水性差異較大。鉆孔單位涌水量為0.051～0.079L/s·m，水質(zhì)類型HCO3-Ca型，為富水性弱的裂隙含水層。

二疊系下石盒子組底部K8砂巖含水層：層厚1.5～7.4m，平均4.7m，位于下石盒子組底部，下距3號煤層平均31.3m。巖性一般為中、粗粒砂巖，局部為細粒砂巖，厚度變化較大。單位涌水量0.000033L/s·m，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系下石盒子組中部砂巖含水層：層厚3.7～15.1m左右，平均7.8m，巖性以中細粒砂巖為主。鉆孔過程中沖洗液消耗量一般不大，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系上石盒子組底部K10砂巖含水層：層厚2.8～13.2m，平均4.8m，下距3號煤層平均97.2m。全區(qū)普遍發(fā)育，巖性一般為中、粗粒砂巖，裂隙較發(fā)育。水動態(tài)比較穩(wěn)定，為富水性中等的砂巖裂隙含水層。

二疊系下統(tǒng)山西組K7砂巖含水層：層厚1.3～6.9m，平均3.7m，位于山西組底部，上距3號煤層4.8～18.3m，平均9.78m，巖性一般為中粒砂巖。巖層整體性較好，鉆孔單位涌水量0.0201L/s·m，滲透系數(shù)0.097m/d，為富水性弱的砂巖裂隙含水層。

二疊系下統(tǒng)山西組3號煤層頂板砂巖含水層：層厚3.8～9.9m，平均6.4m，位于3號煤層頂板以上，下距3號煤層平均8.4m，是3號煤層頂板直接充水含水層。巖性為中、細粒砂巖，內(nèi)部裂隙發(fā)育較少。

（5）瓦斯及地溫

檢查鉆孔內(nèi)3號煤層瓦斯含量為5.13～13.88m3/t，相對瓦斯涌出量0.61～5.02m3/min，瓦斯壓力0.41～0.79MPa。恒溫帶深度為55m，溫度為11.7℃，地溫梯度為1.21℃/100m，為地溫正常區(qū)。

根據(jù)兩檢查鉆孔內(nèi)的勘查結(jié)果，礦井整個區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件變化較小，僅在地層厚度與巖性方面存在一定的差異。

4 結(jié)論

本文以余吾礦新建風井工程為背景，對礦井檢查鉆孔作用以及施工工藝進行了敘述，同時對礦井地層、構(gòu)造、煤層、含水層、瓦斯及地溫等地質(zhì)條件進行了勘察。該勘察結(jié)果可為之后礦井煤層生產(chǎn)提供地質(zhì)基礎(chǔ)，有利于風井井筒的施工。